声矢量阵水下目标被动探测关键技术研究
为了提高被动声纳系统在强干扰源以及其它复杂的水声环境中对弱目标的探测能力,本文根据声矢量传感器技术的最新发展趋势,并结合波束形成、空间谱估计、线谱信号检测等信号处理领域的研究成果,针对基于声矢量水听器阵列的水下弱目标被动探测的若干关键问题进行了深入的研究。针对基阵模型误差环境下的声矢量阵稳健自适应波束形成问题,提出了一种基于自适应抵消的声矢量阵稳健自适应波束形成算法。
该算法结合单矢量传感器的自适应抵消原理,对各个矢量阵元的声压以及振速通道中的期望信号进行自适应抵消,从而消弱协方差矩阵中的期望信号成分,然后再应用对角加载类算法进行稳健波束形成。理论分析和计算机仿真实验表明,与经典的对角加载类稳健波束形成算法相比,所提出的算法在提高MVDR波束形成器稳健性的同时,还具有更好的强干扰抑制能力,并且对用户参数设定的依赖性较小,可以有效避免参数设置错误导致的算法性能下降。
针对快速运动强干扰源环境下的声矢量阵稳健自适应波束形成问题,提出了一种自适应零陷展宽的MVDR波束形成算法。该算法在匀速直线运动的假设下,研究了运动干扰源方位变化的规律,给出了基于历史方位估计信息的方位预测方法,然后根据预测结果生成相匹配的展宽零陷。
理论分析和计算机仿真实验表明,与Mailloux法和Zatman法这两种经典的零陷展宽算法相比,所提出的算法在对运动目标干扰源进行有效抑制的同时,还对各向同性噪声具有更高的空间增益,在单个运动强干扰源或者多个处于不同运动状态的强干扰源环境下,都表现出了更好的输出信干噪比性能。针对水声目标辐射噪声中的宽带连续谱信号检测问题,提出了声矢量阵波束域广义似然比检测算法。
该算法借鉴人眼对空间谱的检测原理,对波束域数据进行广义似然比检验。首先结合干扰抑制问题和矢量环境噪声场特性,探讨了波束域变换矩阵的设计准则,并推导了解析解的形式;然后在假定已知不含目标波束个数的情况下,构建了波束域的概率密度模型,并对模型中的未知参量进行最大似然估计,进而给出了广义似然比检测器的形式;最后应用信息论准则,给出了不含目标波束个数的估计方法。
第３２卷第６期 ２０１１年Ｉ１月 应用光学 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ Ｖ０ｌ＿３２ Ｎｏ．６ ＮＯＶ．２Ｏ１１
文章编号：１００２—２０８２（２０１１）０６—１０５９—０８
水下目标光电探测技术及其进展
陈 超，杨鸿儒，吴 磊，黎高平
（西安应用光学研究所，陕西西安７１００６５）
摘要：随着电子技术、激光技术和信号处理技术的发展，光电探测技术应用于水下目标探测方
面的研究重新成为热点。介绍了距离选通、激光线扫描、条纹管成像、载波调制、布里渊散射、偏
振差分成像技术的原理、特点以及国内外发展现状，重点分析和比较了国内外已有水下目标光
电探测系统的性能水平和应用前景，指出水下目标光电探测技术的最新进展以及发展趋势。
关键词：水下目标；光电探测；距离选通；激光线扫描；条纹管成像
中图分类号：ＴＮ２４９ 文献标志码：Ａ ｄｏｉ：１０．５７６８／ＪＡＯ２０１１３２．０６０１００２
Ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ ｔａｒｇｅｔ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｅｌｅｃｔｒｏ－ｏｐｔｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ
ＣＨＥＮ Ｃｈａｏ，ＹＡＮＧ Ｈｏｎｇ—ｒｕ，ＷＵ Ｌｅｉ，ＬＩ Ｇａｏ—ｐｉｎｇ
（Ｘｉ’ａｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ，Ｘｉ’ａｎ ７１００６５，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，ｌａｓｅｒ ａｎｄ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，ｅｌｅｃｔｒｏ－ｏｐｔｉｃａｌ ｓｙｓ—
ｔｅｒｎｓ ｆｏｒ ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ ｔａｒｇｅｔｓ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｉｓ ｂｅｃｏｍｉｎｇ ａｎ ｅｘｔｅｎｓｉｖｅｌｙ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ ｓｕｂｊ ｅｃｔ．Ｔｈｅ
ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｓｃｈｅｍｅ，ｓｔａｔｕｓ，ｔｙｐｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍｓ ｆｏｒ ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ ｔａｒｇｅｔ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｅｌｅｃｔｒｏ—ｏｐｔｉｃａｌ
第３４卷第６期
２０１２年６月 舰船科学技术
ＳＨＩＰ ＳＣＩＥＮＣＥ ＡＮＤ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ Ｖｏ１．３４，Ｎｏ．６ Ｊｕｎ．，２０１２
水下目标的激光声探测技术
刘 涛，王江安，宗思光，王晓宇
（海军工程大学电子工程学院，湖北武汉４３００３３）
摘 要： 高能脉冲激光聚焦于液体中，光击穿会伴随着光、声和空泡脉动等现象，其中击穿时等离子体膨胀 产生的声和随后的空泡脉动产生的声统称为激光声。对产生的激光声信号进行分析，论证激光声信号应用于水下探 测的可行性。设计激光声产生和测量分析系统，计算激光声信号的波束指向性、距离分辨力、噪声背景下和混响背 景下的探测距离。结果表明，激光声声源在距离分辨力和声源级两方面满足对水下目标探测的要求。从理论推导和
计算上初步证明了激光声信号可以应用于水下探测领域。 关键词： 激光声；水下探测；距离分辨力；探测距离
中图分类号：０４２２ 文献标识码：Ａ
文章编号：１６７２—７６４９（２０１２）０６—００７０—０４ ｄｏｉ：１０．３４０４／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２—７６４９．２０１２．０６．０１７
Ｔｈｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｌａｓｅｒ ｉｎｄｕｃｅｄ ｓｏｕｎｄ
ＬＩＵ Ｔａｏ，ＷＡＮＧ Ｊｉａｎｇ—ａｎ，ＺＯＮＧ Ｓｉ—ｇｕａｎｇ，ＷＡＮＧ Ｘｉａｏ—ｙｕ
（Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎａｖａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｗｕｈａｎ ４３００３３，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｐｏｓｓｉｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｌａｓｅｒ ｉｎｄｕｃｅｄ ｓｏｕｎｄ ａｓ ｔｈｅ ｓｏｕｎｄ ｓｏｕｒｃｅ ｏｆ ｈｉｇｈ ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ｉｍａｇｅ
ｓｏｎａｒ ｉｎ ｔｈｅｏｒｙ ｉｓ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｔｈｅ ｌａｓｅｒ ｉｎｄｕｃｅｄ ｓｏｕｎｄ ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ ａｎｄ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｓｅｔ ｕｐ；ｔｈｅ
第２８卷第３期 ２００９年６月 红外与毫米波学报 Ｊ．Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｍｉｌｌｉｍ．Ｗａｖｅｓ Ｖｏｌ｜２８．Ｎｏ．３ Ｊｕｎｅ，２００９ 文章编号：１００ｉ一９０１４（２００９）０３—０１７７—０４ 坦克目标８ｍｍ波段信号探测及目标识别技术 张彦梅， 赵治贝 （北京理工大学信息与电子学院，北京１０００８１） 摘要：研究了坦克装甲目标的毫米波探测识别技术．在比较坦克与主要干扰之间毫米波辐射特性差异的基础上，采 用模糊识别方法，以提高识别概率；讨论了毫米波识别中特征参量的选择，提取了１０９组试验数据的特征参量并对 其特征参量矩阵进行数据规格化及加权调整；给出了隶属度函数，计算了试验数据相对于坦克的隶属度．通过分析 坦克与干扰的隶属度分布直方图给出了探测概率、虚警率与隶属度门限的关系曲线． 关键词：毫米波探测；目标特性；模糊识别；特征提取 中图分类号：ＴＪ４３４ 文献标识码：Ａ ＴＥＣＨＮＩＱＵＥＳ ｏＦ ８ ｒａｍ ＷＡＶＥ ＢＡＮＤ ＳＩＧＮＡＬ ＤＥＴＥＣＴＩｏＮ ＡＮＤ ＩＤＥＮＴＩＦＩＣＡＴＩｏＮ ＦｏＲ ＴＡＮＫ ． ＺＨＡＮＧ Ｙａｎ—Ｍｅｉ， ＺＨＡＯ Ｚｈｉ—Ｂｅｉ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｏｆ ｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒ ｗａｖｅ（ＭＭＷ）ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｆｏｒ ａｌｌｌｌｏｒ ｔａｒｇｅｔ ｗｅｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｂｙ ｃｏｍｐａ・ ｒｉｎｇ ｔｈｅ ｄｉｆｅｒｅｎｃｅｓ ｏｆ ＭＭＷ ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｔａｒｇｅｔ ａｎｄ ｍａｊｏｒ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｓ，ａ ｆｕｚｚｙ ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｗａｓ ａｄｏｐｔｅｄ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ．Ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｏｆ ｈｏｗ ｔｏ ｃｈｏｏｓｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｗａｓ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｆｏｒ ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ，ａｎｄ ｓｅｖｅｒａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｆｒｏｍ １０９ ｇｒｏｕｐｓ ｏｆ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｄａｔａ ｗｅｒｅ ｅｘｔｒａｃｔｅｄ．Ｔｈｅ ｍａｔｒｉｘ ｓｔａｎｄ— ａｒｄｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｗａｓ ｍａｄｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｗｅｒｅ ｗｅｉｇｈｔｅｄ．Ａ ｍｅｍｂｅｒｓｈｉｐ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｗａｓ ｇｉｖｅｎ．Ｔｈｅ ｍｅｍｂｅｒｓｈｉｐｓ ｏｆ ａｌｌ ｇｒｏｕｐｓ ｏｆ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｄａｔａ ｒｅｌａｔｉｖｅｌｙ ｔｏ ｔａｒｇｅｔ ｗｅｒｅ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｃｕｒｖｅｓ ａｍｏｎｇ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ，ｆａｌｓｅ ａｌａｒｍ ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｔｈｅ ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ ｏｆ ｍｅｍｂｅｒｓｈｉｐ ｗｅｒｅ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｂｙ ａｎａｌｙｚｉｎｇ ｔｈｅ ｈｉｓｔｏｇｒａｍ ｏｆ ｍｅｍｂｅｒｓｈｉｐ ｆｏｒ ｔａｎｋ ａｎｄ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒ ｗａｖｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ；ｔａｒｇｅｔ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ；ｆｕｚｚｙ ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ；ｆｅａｔｕｒｅ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ 引言 毫米波探测技术应用前景十分广阔…，被动毫 米波探测根据目标本身的毫米波特性进行识别．由 于坦克与某些干扰具有相似的毫米波辐射特性，为 有效区分目标，本文在毫米波探测的基础上，采用模 糊识别方法，旨在提高目标识别概率． １ 坦克与主要干扰的毫米波辐射特性 根据普朗克定律，一切高于绝对温度零点的物 体都要对外辐射电磁波。毫米波辐射测量通过高灵 敏度的辐射计，接收物体发射电磁波谱中的毫米波 热辐射能量来探测物体，进行目标识别 ］． 战场上，各种背景与干扰错综复杂，目标识别的 关键就在于将坦克从复杂的背景环境中识别出来． 本文所进行的目标毫米波特性测试是目标和背景的 毫米波辐射特性建模的前期工作，为辐射特性模型 提供基本数据．． 测试中，毫米波辐射计分别以相同速率飞越坦 克和主要干扰物（水面、大小金属板），测试背景均 为草地．为模拟实际弹目交会条件，试验中，使辐射 计处于不同倾角（３０。、４５。、６Ｏ。、９Ｏ。）、不同高度（距 离坦克顶甲分别１．０ｍ、１．２ｍ、１．３ｍ、１．４ｍ、１．５ｍ）， 某型号坦克以不同方位（坦克纵向中心线、中心线 左右各１ｍ）按正反两个方向从辐射计下通过．全功 率毫米波辐射计的输出信号为背景与目标（包括干 扰物）的温度差异，因此，测试中，辐射计输出信号 均出现２个主要脉冲，前一脉冲为辐射计波束从背 收稿日期：２００８—０６—０５，修回日期：２００９—０２—２７ Ｒｅｃｅｉｖｅｄ ｄａｔｅ：２００８．０６．０５．ｒｅｖｉｓｅｄ ｄａｔｅ：２００９—０２—２７ 基金项目：国家部委基金（４０４０３０２０３０１） 作者简介：张彦梅（１９６７一），女，辽宁朝阳人，副教授，博士，主要研究方向：目标探测、信号处理．
